(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを回転制御する回転制御手段と、回転中におけるモータの振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段によって検出された振動から特定周波数の振動成分を抽出する特定周波数成分抽出手段と、抽出された特定周波数の振動を抑制する補償信号を生成して繰返して回転制御手段へ入力する繰返し制御手段とを備えたモータ制御装置において、特定周波数の振動を当該特定周波数の主振動成分と主振動成分に重畳されている脈動振動成分とに分解する振動成分分解手段を備え、繰返し制御手段は、上記主振動成分と脈動振動成分の全てを同時に抑制する補償信号を生成して繰返して回転制御手段へ入力することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
モータの極数をｎ（ｎは２の整数倍の任意の数）、モータの回転周波数のｎ倍の回転周波数の振動をαｎ、上記振動αｎの振幅をＡｎ、モータの電気角周波数をω、時間をｔ、変調率をｍとすると、特定周波数成分抽出手段は、特定周波数をモータの回転周波数のｎ倍の回転周波数として特定周波数の振動成分を抽出し、振動成分分解手段は、振動αｎを式（３）に基づいて主振動成分と主振動成分より低周波の低周波側脈動振動成分と主振動成分より高周波の高周波側脈動振動成分とに分解することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【数３】
0005671290.tif 000004
【請求項３】
特定周波数成分抽出手段は、フーリエ級数展開を行って特定周波数の振動成分を抽出することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、磁束密度分布に空間高調波が存在するモータを正弦波駆動して定常回転させる場合、ＢＩＬトルク脈動が発生してモータの出力トルクが脈動する問題がある。
【０００３】
このトルクの脈動は、周期的に生じることから、モータ制御装置で生成する制御指令に上記一周期分の脈動を解消するための補償指令を脈動周期に同調させて繰返し重畳させ、該モータの脈動トルクを解消しようとする試みがある。
【０００４】
このようなモータ制御装置としては、具体的には、モータを回転制御する制御系と、モータの回転動作に伴って生じる振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段により検出された信号を処理して、特定周波数の振動成分のみを抽出する特定周波数成分抽出手段と、抽出された特定周波数の振動を抑制する補償信号を生成して繰返して制御系へ入力する振動補償手段とを備えて構成されている（たとえば、特許文献１，２参照）
このモータ制御装置によれば、振動検出手段で検出した振動から脈動成分を抽出して、この脈動成分の振動を解消するための補償信号を生成して制御系における電圧指令や電流ループに入力する制御指令に補償信号を加算することで、モータの脈動を解消することができる。
【０００５】
より詳しくは、従来のモータ制御装置にあっては、脈動振動に対して脈動振動の一周期分の遅れをもって制御指令に補償信号を重畳させるようにしており、補償信号を生成する過程では、抽出した特定周波数の振動に比例ゲインｋ１を乗じる。さらに、補償信号の位相が固有の周波数特性を持つ制御系を介することで周波数帯域によって変化するため上手く脈動振動を打ち消すことができなくなるため、時間進み補償器を設けていて、この補償器では、時間を（ｋ２／Ｎ）・Ｔ（ｓｅｃ）だけ進めるようにしている。なお、Ｔは、抽出された脈動振動の周期であり、Ｎは、ＴをＮ分割するための定数であり、ｋ２は、時間を進める量を決定するためのパラメータである。そして、従来のモータ制御装置は、上記した比例ゲインｋ１およびパラメータｋ２を自動調節して最適な値を学習し、これにより制御系の安定を図りつつ、モータの脈動振動を解消する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３７２８７号公報
【特許文献２】特開２００７−２５２０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、上記した比例ゲインｋ１およびパラメータｋ２の値を学習するためには、抽出した特定周波数の振動が一定の振幅を持っていることが条件となる。したがって、上記抽出した振動自体が脈動して振幅が変化する場合、比例ゲインｋ１およびパラメータｋ２の値を学習できないため、従来のモータ制御装置にあっては、モータの機械角一周期で抽出した振動の振幅を平均化することで、比例ゲインｋ１およびパラメータｋ２の値を学習できない問題を回避するようにしている。
【０００８】
しかしながら、抑制したいモータの脈動振動自体が脈動しており一定の振幅を持っていないので、上記した回避方法を採用して繰返し制御を実施しても、制振対象である脈動振動の振動抑制率は自ずと低くなってしまい、従来のモータ制御装置では、脈動振動を充分に抑制することが難しい。
【０００９】
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、モータの脈動振動を効率よく抑制することができるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、モータを回転制御する回転制御手段と、回転中におけるモータの振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段によって検出された振動から特定周波数の振動成分を抽出する特定周波数成分抽出手段と、抽出された特定周波数の振動を抑制する補償信号を生成して繰返して回転制御手段へ入力する繰返し制御手段とを備えたモータ制御装置において、特定周波数の振動を当該特定周波数の主振動成分と主振動成分に重畳されている脈動振動成分とに分解する振動成分分解手段とを備え、繰返し制御手段は、上記主振動成分と脈動振動成分の全てを同時に抑制する補償信号を生成して繰返して回転制御手段へ入力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータ制御装置によれば、特定周波数の振動を振幅が一定である主振動成分、脈動振動成分に分解して補償信号を求めているので、特定周波数の振動自体が脈動していても、比例ゲインおよびパラメータを学習することができ、モータを安定制御することができるとともに、より精緻にモータのトルク脈動を抑制することができ、従来のモータ制御装置に比較して当該トルク脈動を高効率で抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態におけるモータ制御装置の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。一実施の形態におけるにモータ制御装置１は、図１に示すように、モータ２を回転制御する回転制御手段３と、回転中におけるモータ２の振動を検出する振動検出手段としての加速度センサ４と、加速度センサ４によって検出された振動から特定周波数の振動成分を抽出する特定周波数成分抽出手段５と、特定周波数の振動を当該特定周波数の主振動成分と主振動成分に重畳されている脈動振動成分とに分解する振動成分分解手段６と、上記主振動成分と脈動振動成分の全てを同時に抑制する補償信号を生成して繰返して回転制御手段３へ入力する繰返し制御手段７とを備えて構成されている。
【００１４】
モータ２は、たとえば、図示しないＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のコイルを励磁して６極の磁石を備えたロータを駆動する三相の６極９スロットの同期モータとされている。
【００１５】
モータ制御装置１における回転制御手段３は、モータ２の図示しないロータの電気角θを用い三相の電流をｄｑ直交座標系のｄ軸およびｑ軸の電流に変換し、モータ２をベクトル制御するようになっている。なお、モータ２の相数や極数は、任意であり、極数とスロット数は上記した所に限定されるものではない。
【００１６】
具体的には、回転制御手段３は、速度指令ω＊とモータ２の図外のロータの電気角周波数（電気角速度）ωとからｑ軸電流指令ｉｑ＊を求める電流指令演算部３１と、ｄ軸電流指令ｉｄ＊を０とし、ｑ軸電流指令ｉｑ＊とｑ軸電流ｉｑからｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を求める電圧指令演算部３２と、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊をロータの電気角θを用いて三相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する二相／三相変換部３３と、電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいてモータ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のコイルへ電流供給するインバータ３４と、モータ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のコイルのうち二相に流れる電流を検出する電流センサ３５と、モータ２のロータの電気角θを検出する回転角センサ３６と、回転角センサ３６で検出した電気角θから電気角周波数ωを求める微分部３７と、電流センサ３５で検出した上記モータＭの三相のうち二相の巻線に流れる電流を回転角センサ３６で検出した図示しないロータの電気角θを用いてｄｑ直交座標系のｄ軸およびｑ軸の電流に変換してｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑを得る三相／二相変換部３８とを備えて構成されている。つまり、回転制御手段３は、周知の速度ループと電流ループとを備え、モータ２をベクトル制御するようになっている。
【００１７】
電流指令演算部３１は、たとえば、速度指令ω＊とロータの電気角周波数ωとの偏差を演算し、当該偏差を比例積分補償して電流指令を求めてもよいし、比例微分積分補償を行ってもよい。また、電圧指令演算部３２についても、ｑ軸電流指令ｉｑ＊とｑ軸電流ｉｑの偏差を演算し、比例積分補償或いは比例微分積分補償を行って電圧指令を求めればよい。
【００１８】
なお、上記したところでは電圧指令演算部３２は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊を０としてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を求めるようにしているが、モータ２を高速回転させたい場合には、ｄ軸電流指令ｉｄ＊をマイナスの値に設定する、いわゆる弱め界磁制御を実行するようにしてもよい。また、ｑ軸電流ｉｑとｄ軸電流ｉｄは、互いに干渉しあうので、干渉分を補正する制御を行ってもよい。また、速度指令ω＊は、上位の制御装置から入力されてもよいし、モータ制御装置１に接続されるコントローラ等から入力されてもよいし、モータ制御装置１自体で生成する構成としても差し支えない。
【００１９】
つづいて、加速度センサ４は、この場合、モータ２を固定した台８に固定されており、台８を介してモータ２の回転時の振動を検出するようになっている。本発明の目的は、モータ２のトルク脈動を抑制することにあり、トルク脈動はモータ２に振動を与えるので、モータ２の振動を検出することでトルク脈動を検知することができる。したがって、加速度センサ４は、モータ２の筺体に直接取り付けてもよい。また、モータ２の振動は、トルク脈動に起因しており、ロータのトルクをセンシングすることでも検出することが可能であるから、振動検出手段をトルクセンサとしてもよい。
【００２０】
特定周波数成分抽出手段５は、フーリエ級数展開によって、特定周波数の振動のみを抽出する。具体的には、モータ２の極数をｎ（ｎは２の整数倍の任意の数）、モータの回転周波数のｎ倍の回転周波数の振動をαｎとすると、特定周波数成分抽出手段５は、特定周波数をモータ２の回転周波数のｎ倍の周波数の振動αｎを抽出する。モータ２を正弦波駆動する際に発生するＢＩＬトルク脈動の周波数は、モータ２の回転周波数の極数倍となる性質があるので、上記のように特定周波数を決定して振動抽出を行えば、ＢＩＬトルク脈動による振動成分のみを抽出することができる。そして、この実施の形態では、モータ２の極数は６であるから、特定周波数成分抽出手段５は、モータ２の回転周波数を６倍した周波数を特定周波数として振動α６を抽出することになる。
【００２１】
次に、この振動α６は、それ自体が脈動する振動成分を含んでいる。つまり、振動α６には、変調される脈動成分が重畳されている。そのため、このままでは、繰返し制御を行っても、後述する比例ゲインｋ１およびパラメータｋ２を学習にて求めることができないので、本発明では、振動成分分解手段６で主振動成分と脈動振動成分とに分解する。
【００２２】
具体的には、モータ２の極数をｎとし、モータ２の回転周波数をｆとすると、振動αｎの脈動は、電気角ｎπを周期としている。ここで、振動αｎの脈動成分を正弦波と仮定すると、モータ２の回転周波数ｆをｎ倍した周波数ｎｆの振動成分が２ｆ／ｎの周波数の振動成分で振幅変調されていると看做すことができる。
【００２３】
そこで、振動成分分解手段６は、モータ２の極数をｎ（ｎは２の整数倍の任意の数）、モータ２の回転周波数のｎ倍の回転周波数の振動をαｎ、上記振動αｎの振幅をＡｎ、モータ２の電気角周波数をω、時間をｔ、変調率をｍとすると、振動αｎを式（１）に基づいて主振動成分と主振動成分より低周波の低周波側脈動振動成分と主振動成分より高周波の高周波側脈動振動成分とに分解する。この分解された主振動成分、低周波側脈動振動成分および高周波側脈動振動成分は、脈動はしないので振幅は一定である。
【数１】
0005671290.tif 000002
この場合、モータ２の極数は６であるから、振動α６は、以下の式（２）に示したように、主振動成分と、主振動成分より低周波の低周波側脈動振動成分と主振動成分より高周波の高周波側脈動振動成分とに分解することができる。
【数２】
0005671290.tif 000003
このように分解された主振動成分、低周波側脈動振動成分および高周波側脈動振動成分は、それぞれ、繰返し制御手段７に入力されて補償信号が生成される。
【００２４】
具体的には、繰返し制御手段７は、入力される主振動成分、低周波側脈動振動成分および高周波側脈動振動成分のそれぞれに比例ゲインｋ１を乗じる乗算部７１と、主振動成分、低周波側脈動振動成分および高周波側脈動振動成分の入力に対してそれぞれの周期Ｔｒの周期関数を発生して補償信号を出力する繰返し補償器７２と、繰返し補償器７２から出力された補償信号の位相を調節する時間進み補償器７３とを備えて構成されている。
【００２５】
ここで、繰返し制御手段７が行う繰返し制御は、任意の周期Ｔｒの目標入力に対して高精度の追従を目的とする制御であり、周期的な振動の入力に対して補償信号を定常偏差なく追従させるべく、振動抑制の対象である周期Ｔｒの振動に対して周期Ｔｒだけ遅らせて補償信号を出力することで、周期的な振動を抑制する補償信号を回転制御手段３におけるｑ軸電流指令ｉｑ＊へ重畳させるようにする。これを実現するため、繰返し制御手段７は、自身の制御系に、丁度、一周期分の無駄時間ｅ−ｓＴｒを含ませるための繰返し補償器７２を備えており、繰返し補償器７２を設けることで、繰返し制御手段７は、周期関数発生器として機能する。
【００２６】
なお、繰返し補償器７２は、主振動成分の入力に対して主振動成分の一周期分遅れた補償信号を、低周波側脈動振動成分の入力には低周波側脈動振動成分の一周期分遅れた補償信号を、高周波側脈動振動成分の入力には高周波側脈動振動成分の一周期分遅れた補償信号を出力して、時間進み補償器７３へこれらを入力する。
【００２７】
時間進み補償器７３は、繰返し補償器７２が出力した補償信号の位相が固有の周波数特性を持つモータ２と回転制御手段３とで形成される制御系を介することで周波数帯域によって変化するため上手く脈動振動を打ち消すことができなくならないように、繰返し補償器７２に直列に設けられている。時間進み補償器７３は、補償信号の時間を（ｋ２／Ｎ）・Ｔｒ（ｓｅｃ）だけ進めるようにし、主振動成分に対する補償信号、低周波側脈動振動成分に対する補償信号および高周波側脈動振動成分に対する補償信号の時間を進めた後、これらを合算して一つの補償信号ｉｅを出力する。なお、Ｔｒは、時間を進める対象である補償信号の周期であり、主振動成分の補償信号であれば主振動成分の周期となり、低周波側脈動振動成分の補償信号であれば低周波側脈動振動成分の周期となり、高周波側脈動振動成分の補償信号であれば高周波側脈動振動成分の周期となる。Ｎは、周期ＴｒをＮ分割するための定数であり、ｋ２は、時間を進める量を決定するためのパラメータである。
【００２８】
また、繰返し制御手段７は、比例ゲインｋ１およびパラメータｋ２を自動調節して学習し最適な値を求める自動調節部７４を備えており、繰返し制御を継続していく間に比例ゲインｋ１およびパラメータｋ２を最適値に設定する。
【００２９】
そして、ｄｑ直交座標系を用いてモータ２を制御する場合、ｑ軸電流がモータ２の出力するトルクに相当するから、モータ２のトルク脈動を解消するには、ｑ軸電流指令ｉｑ＊に補償信号ｉｅを重畳させればよい。したがって、時間進み補償器７３が出力した補償信号ｉｅは、電流指令演算部３１が出力したｑ軸電流指令ｉｑ＊に加算器３９にて加算され、補償信号ｉｅによって補償されたｑ軸電流指令ｉｑ＊が電圧指令演算部３２に入力される。
【００３０】
つまり、このモータ制御装置１にあっても、従来のモータ制御装置と同様に、上記制御動作を繰り返すうえで、上記した比例ゲインｋ１およびパラメータｋ２を自動調節して最適な値を学習し、これにより制御系の安定を図りつつ、モータの脈動振動を解消することになるが、本発明では、特定周波数の振動αｎを振幅が一定である主振動成分、低周波側脈動振動成分および高周波側脈動振動成分に分解して補償信号を求めているので、特定周波数の振動αｎ自体が脈動していても、比例ゲインｋ１およびパラメータｋ２を学習することができる。そのため、モータ２を安定制御することができるとともに、より精緻にモータ２のトルク脈動を抑制することができ、従来のモータ制御装置に比較して当該トルク脈動を高効率で抑制することができるのである。
【００３１】
なお、上記したところでは、ＢＩＬトルク脈動を抑制するのに最適となるように、特定周波数をモータ２の回転周波数の極数倍の振動を抽出して、この振動を主振動成分と主振動成分に重畳されている脈動振動成分とに分解するようにしているが、これに限らず、モータ２のトルク脈動がモータ２の回転周波数の極数倍以外の周波数で発生している場合には、当該周波数を特定周波数としてトルク脈動を抑制するようにしてもよいことは当然である。たとえば、モータ２のトルク脈動がモータ２の筺体やモータ２のロータに連結される負荷等の固有振動数に起因している場合、特定周波数を固有振動数として振動を抽出し、この振動を振幅が一定な主振動成分と脈動振動成分とに分解して補償信号を求めて繰返し制御すれば、高い振動抑制率でトルク振動を抑制することができる。
【００３２】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、モータの制御装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  モータ制御装置
２  モータ
３  回転制御手段
３１  電流指令演算部
３２  電圧指令演算部
３３  二相／三相変換部
３４  インバータ
３５  電流センサ
３６  回転角センサ
３７  微分部
３８  三相／二相変換部
３９  加算器
４  振動検出手段としての加速度センサ
５  特定周波数成分抽出手段
６  振動成分分解手段
７  繰返し制御手段
７１  乗算部
７２  繰返し補償器
７３  時間進み補償器
７４  自動調節部
８  台
【図１】
0005671290.tif 000005